Den kosmologiska konstanten, introducerades för ett sekel sedan av Albert Einstein i hans teori om allmän relativitet, är en törn i sidan av fysiker. Skillnaden mellan den teoretiska förutsägelsen för denna parameter och dess mätning baserad på astronomiska observationer är av storleksordningen 10 ¹²¹ . Det är ingen överraskning att veta att denna uppskattning anses vara den värsta i hela fysikens historia. I en artikel som ska publiceras i Fysikbokstäver B , en forskare från universitetet i Genève (UNIGE), Schweiz, föreslår ett tillvägagångssätt som till synes kan lösa denna inkonsekvens. Den ursprungliga tanken i tidningen är att acceptera att en annan konstant - Newtons universella gravitation G, som också ingår i ekvationerna om allmän relativitet - kan variera. Detta potentiellt stora genombrott, som har mottagits positivt av det vetenskapliga samfundet, fortfarande måste följas för att generera förutsägelser som kan bekräftas (eller motbevisas) experimentellt.

"Mitt arbete består av en ny matematisk manipulation av ekvationerna för allmän relativitet som slutligen gör det möjligt att harmonisera teori och observation på den kosmologiska konstanten, "säger Lucas Lombriser, biträdande professor vid institutionen för teoretisk fysik vid UNIGE:s vetenskapliga fakultet och ensam författare till artikeln.

Expansion i full acceleration

Den kosmologiska konstanten Λ (lambda) infördes i ekvationer om allmän relativitet av Einstein för över ett sekel sedan. Den berömda fysikern behövde konstanten för att säkerställa att hans teori skulle vara förenlig med ett universum som han trodde var statiskt. Dock, 1929 upptäckte en annan fysiker - Edwin Hubble - att galaxerna alla rör sig bort från varandra, ett tecken på att universum faktiskt expanderar. När man lär sig detta, Einstein förstörde det faktum att han hade introducerat den kosmologiska konstanten, som hade blivit värdelös i hans ögon, och beskrev det till och med som "mitt livs största misstag."

1998, den exakta analysen av avlägsna supernovor bevisade att universums expansion, långt ifrån konstant, accelererar faktiskt, som om en mystisk kraft svullnar kosmos allt snabbare. Den kosmologiska konstanten uppmanades sedan igen för att beskriva vad fysiker kallar "vakuumenergi" - en energi vars natur är okänd (vi pratar om mörk energi, kärnan, etc.) men som är ansvarig för den accelererade expansionen av universum.

De mest exakta observationerna av supernovor, och särskilt den kosmiska mikrovågsbakgrunden (mikrovågsstrålning som kommer från alla delar av himlen och som anses vara överbliven från Big Bang), har gjort det möjligt att mäta ett experimentellt värde för denna kosmologiska konstant. Resultatet är en mycket liten siffra (1,11 × 10 ^-52 m ^-2 ) som ändå är tillräckligt stor för att generera önskad effekt av accelererad expansion.

Stort gap mellan teori och observation

Problemet är att det kosmologiska konstantens teoretiska värde är väldigt olika. Detta värde erhålls med hjälp av kvantfältteori:detta innebär att par av partiklar i mycket liten skala skapas och förstörs nästan omedelbart vid varje plats i rummet och när som helst. Energin i denna "vakuumfluktuation" - ett mycket verkligt fenomen - tolkas som ett bidrag till den kosmologiska konstanten. Men när dess värde beräknas, en enorm siffra erhålls (3,83 × 10 ⁺⁶⁹ m ^-2 ), vilket i stort sett är oförenligt med experimentvärdet. Denna uppskattning representerar det största gapet som någonsin erhållits (med en faktor 10 ¹²¹ ) mellan teori och experiment över vetenskapen.

Detta problem med den kosmologiska konstanten är ett av de "hetaste" ämnena i nuvarande teoretisk fysik, och det mobiliserar många forskare runt om i världen. Alla tittar på ekvationerna för allmän relativitet från alla håll i ett försök att hitta idéer som löser frågan. Även om flera strategier har lagts fram, det finns ingen allmän konsensus för tiden.

Professor Lombriser, för hans del, hade den ursprungliga idén för några år sedan att införa en variation i den universella gravitationskonstanten G (Newtons) som förekommer i Einsteins ekvationer. Det betyder att universum som vi lever i (med ett G på 6,674 08 × 10 ^-11 m ³ / kg s ² ) blir ett specialfall bland ett oändligt antal olika teoretiska möjligheter.

Efter många utvecklingar och hypoteser, professor Lombrisers matematiska tillvägagångssätt innebär att det är möjligt att beräkna parametern ΩΛ (omega lambda), vilket är ett annat sätt att uttrycka den kosmologiska konstanten men som är mycket lättare att manipulera. Denna parameter anger också den aktuella fraktionen av universum som består av mörk energi (resten består av materia). Det teoretiska värde som erhållits av den Genève-baserade fysikern är 0,704 eller 70,4 procent. Denna siffra överensstämmer nära med den bästa experimentella uppskattningen hittills, 0,685 eller 68,5 procent, säger att detta är en enorm förbättring jämfört med tio ¹²¹ avvikelse.

Denna initiala framgång måste nu följas av ytterligare analyser för att verifiera om det nya ramverket som Lombriser föreslår kan användas för att tolka eller klargöra andra kosmologiska mysterier. Fysikern har redan blivit inbjuden att presentera och förklara sitt tillvägagångssätt vid vetenskapliga konferenser, vilket återspeglar det intresse som samhället visar.